ABSORPSI
ABSORPSI
I.
I. LATAR LATAR BELAKANGBELAKANG
Absorpsi merupakan suatu proses transfer massa yang penting dalam dunia Absorpsi merupakan suatu proses transfer massa yang penting dalam dunia industri. Absorpsi adalah proses perpindahan massa zat-zat yang terlarut dalam fase gas industri. Absorpsi adalah proses perpindahan massa zat-zat yang terlarut dalam fase gas ke fase cair. Proses perpindahan massa terjadi karena adanya
ke fase cair. Proses perpindahan massa terjadi karena adanya driving forcedriving force yang berupayang berupa beda konsentrasi
beda konsentrasi zat zat terlarut terlarut antar antar fase, fase, dimana dimana konsentrasi konsentrasi zat zat terlarut terlarut dalam dalam gas lebihgas lebih besar daripada konsentrasi dalam fase cair pada kondisi seimbangnya.
besar daripada konsentrasi dalam fase cair pada kondisi seimbangnya.
Kecepatan perpindahan massa ini tergantung dari besarnya koefisien Kecepatan perpindahan massa ini tergantung dari besarnya koefisien perpindahan massa
perpindahan massa (Kya). Oleh (Kya). Oleh karena itu, karena itu, sangat sangat penting untuk penting untuk mengenal mengenal konsep Kyakonsep Kya dan cara menentukan Kya dalam suatu proses sehingga mempermudah perancangan dan dan cara menentukan Kya dalam suatu proses sehingga mempermudah perancangan dan penanganan alat absorpsi dalam industri.
penanganan alat absorpsi dalam industri.
Pada percobaan ini digunakan menara bahan isian dengan aliran
Pada percobaan ini digunakan menara bahan isian dengan aliran countercurrent.countercurrent. Gas yang masuk ke absorber berasal dari NH
Gas yang masuk ke absorber berasal dari NH33 yang teruapkan, sedangkan cairannyayang teruapkan, sedangkan cairannya
merupakan air murni tanpa ada
merupakan air murni tanpa ada kandungan NHkandungan NH3.3.
II.
Loop 1 Loop 1
Neraca Massa NH
Neraca Massa NH33 pada elemen volume A.∆z pada fase gas : pada elemen volume A.∆z pada fase gas :
Massa masuk
Massa masuk – – Massa Massa keluar keluar = = Massa Massa akumulasiakumulasi
**
.. 00..
..Y Y
GG Y Y
K K aa Y Y
Y Y A A
z z
G G y y z z z z s s z z s s ...(1)...(1) *) *) ((Y Y Y Y A A G G a a K K dz dz dY dY s s y y
2 2 1 1 ** 00 Y Y Y Y L L s s y y dz dz A A G G a a K K Y Y Y Y dY dY DenganDengan A A
//44..DD22 diperoleh persamaan :diperoleh persamaan :
2 2 1 1 2 2 ** 4 4 Y Y Y Y s s y y Y Y Y Y dY dY L L D D G G a a K K ...(2) ...(2) dengan : dengan : KK yya a = = koefisien koefisien perpindahan perpindahan massa massa volumetrisvolumetris overall overall , gmol/cm, gmol/cm33detik detik
G
Gss = = kecepatan alir kecepatan alir molar gas molar gas bebas NH3 bebas NH3 , gm, gmol udara/detik ol udara/detik
D
Ls = kecepatan alir molar cairan bebas NH3 , gmol H2O/detik
Gs = kecepatan alir molar gas bebas NH3, gmol udara/detik
Persamaan garis operasi berupa garis lurus dan dicari dengan neraca massa loop 3 : Massa masuk – Massa keluar = Massa akumulasi
L s. X
G sY 1
L s X 1
G sY ...(5)
1 X 1 G L Y X G L Y s s s s ...(6)Nilai K ya dievaluasi dengan persamaan :
2 1 1 2 . . C g p g g C L p L L AU p y v D v D K D C D a K
...(7) dengan :K ya = koefisien transfer massa overall , gmol/cm3detik
D p = diameter packing , cm
T = suhu gas , K P = tekanan gas , atm
2 5 , 0 2 / 3 . 1 1 001858 , 0 AB B A AB P T D ...(11) dengan :DAB = diffusivitas A melalui B, cm2/detik
T = suhu absolut, K
A
= berat molekul A, g/gmol B
= berat molekul B, g/gmol
P = tekanan absolut , atm
AB
= diameter tumbukan, Amstrong
= integral tumbukan (Treybal,1981)
Menurut Treybal, untuk pasangan gas yang sama pada kondisi yang berbeda biasanya nilai 1 T mendekati 2 T
. Pada percobaan ini P1=P2 maka persamaan menjadi :
2 3
T3. Harus dapat memiliki ”wetting characteristic” yang baik. 4. Tahan korosi.
5. Memiliki bulk density yang rendah.
6. Tidak mahal. (Foust, 1980)
IV. PELAKSANAAN PERCOBAAN 1. Bahan a. Aquadest b. Larutan umpan c. HCl pekat 37% d. Boraks e. Air ledeng f. Methyl orange g. Phenolphlatein 2. Alat Keterangan : 2
V. CARA KERJA
1. Menentukan Densitas Larutan Umpan
2. Menentukan Viskositas Larutan Umpan
Menghitung waktu alir aquadest dengan viskosimeter Ostwald.
Menghitung waktu alir umpan.
Menimbang piknometer kosong, piknometer + aquadest, dan piknometer + larutan umpan.
Mengukur suhu dan tekanan percobaan, kemudian mengambil 100 ml larutan umpan.
3. Standardisasi HCL 0,1 N dengan boraks 0,1 N
Mengambil 0,83 ml HCl 37% lalu mengencerkan larutan tersebut dengan aquadest hingga volumenya 100 ml.
Menimbang 1,9069 gram boraks dan melarutkan boraks dalam 100 ml aquadest.
Mengambil 10 ml larutan boraks kemudian meneteskan tiga tetes indikator metil orange ke dalam larutan tersebut.
Menitrasi 10 ml larutan boraks 0,1 N dengan larutan HCl 0,1 N sampai warna larutan boraks berubah dari orange menjadi pink.
4. Standardsisasi HCl 0,002 N dengan boraks 0,002 N
Mengencerkan 10 ml HCl 0,1 N dengan aquadest hingga volumenya 100 ml.
Menimbang 0,0410 gram boraks kemudian melarutkan boraks dengan 100 ml aquadest.
Mengambil 10 ml larutan boraks dan meneteskan tiga tetes indikator metil orange ke dalam larutan tersebut.
Menitrasi 10 ml larutan boraks 0,002 N dengan larutan HCl 0,002 N hingga warna larutan boraks berubah dari orange menjadi pink .
6. Absorpsi
Mengeset ketinggian float pada flowmeter setinggi 4 cm dengan cara mengatur kran, dan menjaga agar ketinggian float konstan.
Mengeset beda ketinggian manometer setinggi 3 cm dengan cara mengatur kran.
Mengisi tangki air penjerap sampai penuh.
Menyalakan kompresor untuk menggelembungkan NH3.
Mengambil 100 ml hasil bawah untuk dititrasi, ditimbang, dan diukur waktu alirnya, setelah lima belas menit proses absorbsi berlangsung.
8.Titrasi Larutan Sampel dengan HCl 0,001 N
VI. ANALISIS DATA
1 a. Standarisasi Larutan HCl 0.1 N dengan Larutan Boraks 0.1 N
V1 V2
2 / 1 V boraks
lart boraks boraks boraks xV BM m x 2 N
V1 V2
2 / 1 VHCl
Mengambil 10 ml larutan sampel kemudian menambahkan tiga tetes indikator pp ke dalam larutan tersebut.
Menitrasi larutan sampel dengan larutan HCl 0,002 N hingga warna larutan sampel berubah dari ungu menjadi bening.
Mengulangi langkah-langkah di atas untuk sampel yang diambil setiap lima belas menit, hingga diperoleh enam data.
b. Larutan Sampel 3 3 NH HCl HCl NH V V N N
3. Menentukan Densitas Larutan Umpan dan Larutan Sampel
Berat aquadest =(Berat piknometer+aquadest )-(Berat piknometer kosong) Berat larutan umpan=(Berat piknometer+umpan)-(Berat piknometer kosong)
aquadest umpan larutan x aquadest Berat umpan larutan Berat
Berat larutan sampel=(Berat piknometer+sampel)-(Berat piknometer kosong)
aquadest sampel larutan x aquadest Berat sampel larutan Berat
4. Menentukan Viskositas Larutan Umpan dan Larutan Sampel
aquadest aquadest aquadest umpan umpan umpan larutan x x t x t
aquadest aquadest aquadest sampel sampel sampel larutan x x t x t
dengan : L = debit cairan, L/detik
H = beda tinggi cairan manometer, cm C0 = 2.751086 C1 = -1.566852 C2 = 0.7226046 C3 = -2.302872x10 2 C4 = -1.284978x102 C5 = 3.667250x10 3 C6 = -4.421679x10 4 C7 = 1.837703x10 5
7. Menghitung Kadar Amonia dalam Larutan dan Gas Ratio mol NH dalam cairan :3
1000 / 1 . BM . V . N V . BM . 1000 / 1 . .V N X 3 3 3 NH lart NH lart lart aquadest lart NH 1
Titik (x1,y1) adalah titik (0,0) yang menggambarkan suatu keadaan dimana tidak
terdapat amonia (keadaan awal). Sedangkan titik (x2,y2) diambil dari data konsentrasi umpan. Mula-mula x2 (dalam fraksi mol) dikonversikan ke x2(fraksi massa) dengan menggunakan persamaan :
1000 . BM . N x umpan NH NH 2 3 3
Kemudian dari titik x2 ditarik garis vertikal sampai memotong equilibrium construction lines pada 14.7 psia. Dari perpotongan tersebut ditarik garis horisontal sampai memotong kurva saturated vapors pada 14.7 psia, selanjutnya dibaca harga y2-nya pada fraksi massa amonia. Dari kedua titik diperoleh persamaan untuk kurva kesetimbangan :
1 2 1 1 2 1 x x x -x y -y y -y
y = Mx Dengan M adalah slope) Y 1 ( BM G. G 1 udara udara S
10. Menentukan Fraksi Mol NH3 Fase Gas pada Puncak Menara
1 S S 1 2 X G L Y Y
11. Menentukan Difusivitas Amonia-Udara
Difusivitas amonia melalui udara pada 0oC adalah 0.198 cm2/s (Perry, 1984). Amonia dan udara merupakan gas non polar, maka difusivitas amonia melalui udara dapat dihitung dengan persamaan Hirchfelder, Bird dan Spot (Treybal, 1981). 5 . 0 2 AU U A 3/2 AU . P. M 1 M 1 . T . 001858 . 0 D
Dengan: DAU = difusivitas amonia melalui udara, cm2/s T = suhu absolut, K
12. Menentukan Persamaan Garis Operasi
Berdasarkan Gambar 3 dapat disusun neraca massa amonia dari Z=0 sampai Z=Z pada keadaan ajeg.
1 S S S 1 SY L X G Y L X G
1
S S 1 Y-Y L G X X
1
S S 1 X-X G L Y Y
13. Menentukan Koefisien Transfer Massa NH3 dalam Fase Gas (K Ya) pada berbagai Kecepatan Aliran Udara.
Neraca massa NH3 pada fase gas dalam elemen volume pada keadaan ajeg adalah :
GSY Z
G
SY ZZ
K Ya(Y-Y*)A
Z
0 ) Y -Y ( G aA K Z Y Y lim * S Y Z Z Z 0 X
a1 g g g AU 2 Y k v Dp PD RT aDp K
g g g 1 AU 2 Y Logk a Log v Dp PD RT aDp K Log Karena bentuk persamaan linier, maka k dan a1 dapat dicari dengan metode
regresi linier. Bentuk umum persamaan untuk regresi linier adalah : Y=aX+b
2 2 X n X XY n -Y X a n X a -Y b
dengan :
AU 2 Y PD RT aDp K Log Y
g g gv Dp Log X Viskositas larutan umpan pada 28ºC =8,9914.10-3 g/cm.detik
Daftar I. Data Normalitas, Densitas, dan Viskositas Larutan Sampel
No.
Volume NH3, mL
Volume HCl, mL
Konsentrasi NH3, N
1
10
5,4000
7,5600E-04
2
10
6,2000
8,6800E-04
3
10
6,8000
9,5200E-04
4
10
7,5000
1,0500E-03
5
10
9,1000
1,2740E-03
6
10
9,4500
1,3230E-03
7. Y1= 1,9098E-02
Hasil perhitungan nilai Gs, x1, y2, dan persamaan garis operasi untuk tiap sampel dapat
dilihat pada Daftar II.
Daftar II. Data Perhitungan Gs, X1, Y2, dan Persamaan Garis Operasi
No. Gs x1 y2 Persamaan garis operasi
1 3,3851E-03 1,37523E-05 1,7856E-02 Y = 90,3167 x + 1,7856 E-02 2 3,7180E-03 1,5671E-05 1,7809E-02 Y= 82,2308 x + 1,7809 E-02 3 4,0987E-03 1,71721E-05 1,7817E-02 Y= 74,5932 x + 1,7817 E-02 4 4,5029E-03 1,8938E-05 1,7812E-02 Y= 67,8971 x + 1,7812 E-02 5 4,8979E-03 2,29759E-05 1,7664E-02 Y= 62,4221 x + 1,7664 E-02 6 5,2566E-03 2,38572E-05 1,7710E-02 Y= 58,1625 x + 1,7710 E-02
4.0000E-02 6.0000E-02 8.0000E-02 1.0000E-01 1.2000E-01 Y , g m o l N H 3 / g m o l g a s
Daftar III. Data Untuk Hitung Integral Untuk Sampel 1
No. y x y* 1/(y-y*)
1 1,7856E-02 0 0 55,69647277
2 1,7980E-02 1,37364E-06 2,5543E-05 55,39217585 3 1,8104E-02 2,74887E-06 5,1116E-05 55,09118987 4 1,8228E-02 4,1241E-06 7,6691E-05 54,7934611 5 1,8353E-02 5,49933E-06 1,0227E-04 54,49893694 6 1,8477E-02 6,87456E-06 1,2784E-04 54,20756593 7 1,8601E-02 8,24979E-06 1,5342E-04 53,9192977 8 1,8725E-02 9,62502E-06 1,7900E-04 53,63408296 9 1,8849E-02 1,10003E-05 2,0458E-04 53,35187345 10 1,8974E-02 1,23755E-05 2,3017E-04 53,07262191 11 1,9098E-02 1,37507E-05 2,5575E-04 55,69647277
Selanjutnya nilai K ya dapat dihitung dengan persamaan (2). Daftar IV menunjukkan
1.0000E-07 1.1000E-07 1.2000E-07 1.3000E-07 1.4000E-07 1.5000E-07 K y a , g m o l / c m 3 . d e t i k Kya Percobaa n
Daftar V. Data Kesalahan Relatif K ya Percobaan terhadap K ya
Persamaan
No. K ya percobaan K ya persamaan Kesalahan relatif, %
1 9,3664E-08 9,36744E-08 0,011179 2 1,02874E-07 1,02887E-07 0,012107 3 1,13407E-07 1,13421E-07 0,011953 4 1,24592E-07 1,24607E-07 0,012051 5 1,3552E-07 1,3554E-07 0,015005 6 1,45445E-07 1,45465E-07 0,014077 Jumlah 0,076371
Kesalahan relatif rata-rata =
Kesalahan relatif tersebut terjadi karena beberapa hal, antara lain :
a. Adanya cairan umpan yang ikut keluar bersama gas terutama untuk kecepatan alir gas yang besar.
IX. DAFTAR PUSTAKA
Brown, G.G.,1950, “Unit Operations”, Modern Asia Edition,pp. 322 -324, John Wiley and Sons, Inc., New York.
Perry, R.H., Green, D.W., and Maloney, J.O., 1997, “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, 7ed., pp. 2-8, 2-27, 2-29, 2-320, 2-321, 2-322, 2-323, 14-40, McGraw-Hill Book Company, New York.
Treybal, R.E., 1981 “Mass Transfer Operations”, 3ed., pp. 194 -195,275-291,310, McGraw-Hill International Book Company, Tokyo.
1 Algoritma Perhitungan unttuk Mencari Parameter Perancangan Menara Absorber, K ya
Menentukan konstanta analisis dimensi a2 L L L a1 g g g AU 2 Y k vDp vDp PD RT aDp K Menentukan kecepatan volumetrik gas (G) dan cairan (L)
7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 0 CH CH CH CH CH CH CH C L 5 5 4 4 3 3 2 2 1 0 CH CH CH CH CH C G Menentukan kecepatan molar bebas solut (Ls& Gs)
) Y 1 ( BM G. G 1 udara udara S aquadest aquadest S BM L L Menghitung nilai Kya Y2 Y1 * S Y ) Y -(Y dY AZ G a K
Menentukan persamaan garis operasi dengan neraca massa
elemen volum pada gas
1 S S 1 X-X G L Y Y Menentukanρ,μ
(cairan dan gas)
aquadest aquadest aquadest sampel sampel sampel larutan x x t x t aquadest sampel larutan x aquadest Berat sampel larutan Berat 3 3 NH HCl HCl NH V V N N Menentukan normalitas NH3
Menghitung kadar amoniak
pada gas (Y2) dengan
neraca massaoverall
1 S S 1 2 X G L Y Y Menentukan difusivitas NH3dalam air 5 . 0 2 AU U A 3/2 AU . P. M 1 M 1 . T . 001858 . 0 D 2 1 2 1 2 / 3 1 2 P , T AU P , T AU T T P P T T D D 2 2 11 Menentukan kecepatan linier gas (vg) 2 g D G 4 A G v
